При обработке щелочью (выщелачивании) образуются легко растворимые в воде соединения — алюминаты. Главная же масса не взаимодействует со щелочами. Дабы отделить алюминаты от нерастворимых веществ, их пропускают через отстойники и фильтры. После этого алюминатный раствор смешивают с затравкой — маленьким числом гидрата алюминия — и в течение 100-120 час. перемешивают в особых мешалках. В следствии в осадок выделяется глинозем.
Но таковой глинозем содержит еще довольно много жидкости, исходя из этого его нужно обезводить. Операция обезвоживания именуется кальцинированием. Глинозем загружают в огромные вращающиеся трубчатые печи. В первой их части он сушится газовым потоком, нагретым до 600°, в следующей территории при температуре 900°. В следствии вся вода из него испаряется. После этого глинозем прокаливают при температуре 1200° и охлаждают. В таком виде он поступает в электролизный цех завода.
Так из спека приобретают глинозем.
Глинозем приобретают и вторым методом-спеканием. Боксит дробят, сушат, тонко измельчают и смешивают с известняком. Позже его подвергают мокрому помолу, додавая содовые растворы. Получается шихта. Ее спекают во вращающихся трубчатых печах при температуре 1200-1300°. Спек, содержащий алюминат натрия, измельчают и выщелачивают водой либо содовыми растворами. При выщелачивании образуется твёрдый остаток и алюминат натрия — красный шлам. Остаток удаляют в отвал, а концентрированный раствор алюмината натрия очищают в автоклавах с добавкой извести. Чистый алюминатный раствор разлагают способом карбонизации, пропуская его через поток топочных газов, содержащих углекислоту. Гидроокись алюминия выпадает в остаток. Ее отфильтровывают, промывают и направляют во вращающиеся трубчатые печи на кальцинацию.
Весьма увлекателен и перспективен метод комплексной переработки нефелиновых руд. При его применении наровне с глиноземом приобретают весьма полезные продукты — соду, цемент и поташ. Переработка нефелина на глинозем требует добавления в шихту лишь одного компонента — известняка.
В первую очередь нефелины спекают с известняком в трубчатых вращающихся печах при температуре около 1300°. Нефелин разлагается, и образуется спек, в который входят соединения силиката и алюминаты. Его измельчают в шаровых мельницах, а после этого выщелачивают. Алюминий переходит в раствор, а силикат выпадает в виде жёсткого осадка — шлама.
Шлам на 80-85% складывается из полезнейшего полуфабриката, что идет после этого на производство отличного портланд-цемента. А раствор нагревают. Наряду с этим гидроокись алюминия кристаллизуется, а в растворе остаются сода и поташ. Полученный гидрат окиси алюминия прокаливают в печи и приобретают безводный глинозем.
При таковой комплексной, т. е. одновременной, переработке употребляются все составные части нефелина — ни одна не идет в отходы и не выбрасывается. Данный метод выгодно отличается от метода переработки бокситов, поскольку дает дополнительные полезные продукты: цемент, поташ, соду.
Итак, полученный тем либо иным методом глинозем нужно подвергнуть предстоящей переработке, для получения чистого алюминия. Но как? Взять из глинозема чистый алюминий прямым восстановлением окисью углерода, как в большинстве случаев приобретают железо, не удается. Для этого пригодится очень высокая температура, и алюминий окажется уже не в виде жидкости, как чугун в доменной печи, а в виде пара; помимо этого, алюминий деятельно взаимодействует с углеродом и образует много карбидов. Возможно, методом электролиза? Но простым электролизом алюминий из глинозема взять запрещено. Окись алюминия имеет очень большую температуру плавления, и сам металл при таковой температуре будет преобразовываться в пар. Было нужно, как постоянно делается в таких случаях, искать особое вещество — растворитель.
Как мы знаем, в ходе электролиза молекулы соли либо кислоты распадаются на заряженные частицы — ионы. Положительно заряженные ионы стремятся к катоду (отрицательно заряженной пластине), а отрицательные — к аноду (положительно заряженной пластине). В случае, если раствор складывается из солей металла, то на катоде скапливаются частицы чистого металла, входившего ранее в состав этих солей.
Ванна для электролиза алюминия.
Трудность получения алюминия электролизом содержится в том, что воспользоваться водным раствором какой-нибудь его соли (так, к примеру, приобретают медь) не удается по причине того, что наряду с этим на катоде начинает выделяться лишь хороший водород. Приходится пропускать электрический ток через соли, растворяющие окись алюминия (глинозем) и не которые содержат в себе воды.
самая подходящей солью для этого был криолит. В природе данный минерал в чистом виде видится лишь в одном месте — в Гренландии. вывоз и Добыча его оттуда затруднены. Исходя из этого во всех государствах мира криолит приобретают неестественным методом из плавикового шпата. Для этого на алюминиевом заводе имеется особое производство.
Плавиковый шпат вначале обогащают на флотационной фабрике и в виде концентрата смешивают с серной кислотой. Смесь поступает в особую печь, где ее нагревают и приобретают в следствии гипс и фтористый водород. Гипс идет в отвал, а газообразный фтористый водород подают в поглотительные башни. Тут он смешивается с водой — получается плавиковая кислота. Ее очищают от разных примесей и подают в варочное отделение, где при нагревании из нее и образуется криолит.
Криолит плавят при температуре 950-1000°. И не смотря на то, что эта температура довольно высокая, она все же существенно ниже температуры плавления окиси алюминия. В расплавленном криолите растворяют до 20% окиси алюминия. Таковой криолито-глиноземный расплав готов для электролиза.
Но это еще не все! Для электролиза нужны электроды. При получении алюминия их расходуется довольно много — приблизительно 600 к Г на тонну металла. Электроды должны различаться хорошей электропроводностью, химической стойкостью и большой огнеупорностью. Их также изготовляют на алюминиевом заводе.
Электроды делают из нефтяного кокса, пекового кокса, угля. Их дробят и прокаливают при большой температуре. Позже измельчают на шаровых мельницах, сортируют и смешивают с вяжущим веществом — каменноугольным пеком. Сырую углеродную массу прессуют и обжигают. Угольные электроды готовы.
Но и это еще не все. В ходе электролиза нужна электричество. И крайне много! Для получения тонны алюминия ее требуется не меньше 18 тыс. квт-ч. Электролитическое производство алюминия нереально без замечательной энергетической базы. Исходя из этого алюминиевые фабрики находятся в большинстве случаев вблизи самые дешёвых источников получения электричества — гидро- либо тепловых электростанций.
Не следует СПОРИТЬ
— Ага,— сообщили пластмассы и алюминий,— мы самые главные. Лишь в кабельном производстве мы сэкономим до 10 млрд. руб., заменив 400 тыс. Т свинца и столько же меди.
— Я могу заменять не хуже вас, — возразил газ. И он прав: в одном только Узбекистане в конце семилетки его будет добыто 18 млрд. м?, причем рабочих на это потребуется всего 3 тыс. человек. А дабы добыть равноценное количество угля, было нужно бы трудиться на 50 намерено созданных шахтах 60 тыс. шахтеров.
— Химия меня сделала самым лучшим заменителем, — послышался голос древесины. И к ее словам стоит прислушаться: 1 м? ее может заменить шерсть, настриженную с 30 овец, либо урожай хлопка более чем с 0,5 га поливных земель.
В народном хозяйстве необходимы и цветные металлы, и пластмассы, и уголь, и газ, и древесина, и хлопок. Лишь применять их нужно разумно. И отлично, что они смогут, где это необходимо, заменять друг друга.
Электролизный цех — это целый завод. Огромные железные кожухи ванн, укрепленных на фундаментах, выложены изнутри угольными плитами и огнеупорным кирпичом. Дно ванны — подина — является катодом. А анод погружают сверху в электролит — криолито-глиноземный расплав. В ходе электролиза анод медлительно сгорает, поскольку на нем скапливается кислород. А на катоде осаждается железный алюминий. Плавка идет непрерывно. Сгоревшие электроды меняют, а скопившийся в ваннах жидкий алюминий иногда забирают вакуум-ковшами.
Последний этап — разливка жидкого алюминия в изложницы. Готовые остывшие слитки складывают, сортируют и отправляют по назначению.
Как видите, извлечение алюминия из руд — это очень сложный и многообразный процесс, что состоит, по существу, из четырех независимых производств.